Richard Ernst

Widen Your Scope by Extracurricular Activities: My Example

Category: Lectures

Date: 3 July 2013

Duration: 38 min

Quality: HD MD SD

Subtitles: EN DE

Richard Ernst (2013) - Widen Your Scope by Extracurricular Activities: My Example

Some observers might think that fierce scientific competition borders on a rat race. According to Wikipedia: "A rat race is an endless, self-defeating, or pointless pursuit. It conjures up the image of the futile efforts of a lab rat trying to escape while running around a maze or in a wheel

Dear friends, after 2.5 days of highly exciting lectures with an extremely wide scope I have a little bit hesitation to show you this first slide here, ‘widen your scope’. I mean isn’t there rather a need to focus instead of de-focusing and to make it even wider. So I mean we learned that even theoretical physics is part of chemistry. We learned that clinical medicine is even part of chemistry. So there is nothing beyond chemistry. And I mean when we go to the next slide, we can read what Georg Christoph Lichtenberg had said 300 years ago: So you have indeed to widen your scope beyond chemistry. Otherwise you cannot understand chemistry. So I mean we need something in addition. And we need in addition passions. We need passions in addition just to the profession. And only with this complement our life becomes complete. Now, I hope you are not trapped in this rotating cylinder here. You will never reach Mr. Nobel if you are trapped in here. You have to get out in some way. And that shouldn’t be your only question you ask day by day when you wake up in the morning: You know this rat race which you see here is a self-defeating or pointless pursuit. Excessive or competitive work with little reward or purpose as it has been pointed out already in Wikipedia. So winning a Nobel Prize should never be a goal. Cross out this goal here, that shouldn’t be a goal in your life. I mean it should remain an unexpected surprise in your life. It should just happen when it has to happen. But don’t just have your focus on the Nobel Prize itself. I mean you know that’s that Einstein once said: “The one who follows blindly the crowd will usually get no further than the crowd. And the one who walks alone is likely to find himself in places no one ever has been before.” So I mean what you have to become is a lonelier. You have to walk alone this road and find your goal and not care about the rest. So open your eyes. Open your eyes and see what is around you. And then you can become inspired. I mean inspiration you don’t get inside of the field but it usually comes from outside. So let me tell you a little bit about my history, how my interest in chemistry developed and so on. I mean I started to study at ETH Zürich. And after finishing my undergraduate studies I went to Herr Professor Günthard and ask him: And then he just said 3 letters, NMR. And I had never heard this abbreviation before. So these were my question marks. And I asked him: “What it means NMR?” And he explained it to me in very simple terms. He said: “You know about molecules and molecules consist of atoms. So let’s take an atom out and when we blow it up we find atomic nucleus in the centre of the atom. And this is not just a sphere but it has magnetic properties. It has a magnetic moment built in and it’s rotating about its own axis. And that’s what we call the nuclear spin.” And then a guy at ETH already has found before that when you apply now a magnetic field, then this nucleus starts to precess about the magnetic field with a frequency omega proportion to the magnetic field strength. And that were Edward Purcell in Boston and Felix Bloch at ETH Zürich. He has been graduated at the same institute as me. Anyway, Professor Günthard said: “Don’t do just theory, do always experiments. Combine experiments with theory and only then you make inventions.” So that’s what he tried to indicate here by his dance. So, if you have an alcohol molecule for example, you have 3 different hydrogens, methyl group, methylene group, the OH hydrogen. And they field different magnetic fields. So they precess with different speeds. And you can with these speeds measure the local field within the molecule. And you can characterise the molecule this way. And he said: “That might be interesting for chemistry.” So we started to build an NMR spectrometer together with my supervisor Hans Primas. We built this little cute instrument and it was a great disappointment. You see, it took much too long to record one of these crazy NMR spectra. You have to wait for days and days and usually in the meantime the spectrometer was breaking down and you had to start from scratch again. But anyway I was very much disappointed. And I thought I should get out of this field, do something more decent. Went out of ETH, I disliked ETH. I disliked Switzerland. I went to California into the holy land of science. And here I thought I could achieve something. But what did I meet? I met Weston Anderson at Varian Associates and he was concerned with exactly the same problem as me. But he didn’t only see the problem, he also saw solutions. And he told me: “I mean if you have a complicated spectrum, just try to do it in parallel. Build a multichannel spectrometer. One channel, second channel, third, fourth, fifth and so on. And do everything together. So in this way you can save time, you can make the experiment much more sensitive and that’s the way to do it." So he decided to build here this rotating cylinder which he calls his Prayer Wheel which creates all these frequencies necessary to simultaneously irradiate the entire spectrum. It never really worked and today it’s in the Smithsonian Museum in Washington if you want to see it. But that never recorded an NMR spectrum. But fortunately he had a Swiss slave in his research group. And together with his Swiss slave they made an invention. And this Swiss slave he... I mean his passion at that time was music. And he knew that in music... I mean several voices together, having a group of people, an orchestra playing together it goes all simultaneously. And that’s very important. So you have... It’s like pushing the keyboard with this rod here, all the keys at the same time and you are getting superpositions of different frequencies. And you need to be musical. Otherwise you can’t analyse here the spectrum and to get the different spectral lines or the different sounds. Now 88 keys on a single stroke. But it requires a musical ear. Otherwise you can’t do the analysis. What are you doing when you are not musical? You buy a computer. You buy a computer and do a mathematical Fourier transformation and you get your spectrum at once. That was the birth of the Fourier Transform NMR. Strong pulse, decay, Fourier transformation, you get the spectrum in no time. That was the solution. Now you get this spectra here of biomolecules in reasonable amount of time and the method becomes practical. You can do identification here of this protein and so on. So here for the first time I started to believe in science. I started to believe in NMR. You have now this tree of knowledge here. And you have now a ladder, a ladder by which you can climb on the tree and come safely down again. Going up to clinical medicine and going down to basic physics. Connect everything together. And I got caught by science. And I don’t get my finger out of the mouth anymore of this scull. He caught me forever. That’s how gripping science can be. And I hope it will also do the same with you. Anyway, that was my little toy with which I was playing at that time. But then, you know, Herbert Marcuse, he was speaking about the one-dimensional man. How boring one-dimensional people can be. And he writes it here: Their universe of discourse is populated by self-validating hypotheses which incessantly and monopolistically repeated, become hypnotic definitions of dictations.” I mean only a German can write this horrible English or perhaps a Swiss. But I mean it’s very hard to understand what he means. But I mean if you think about it for a long time it becomes clear. But he dislikes the one-dimensional man. So my vision was multi-dimensional approaches. And you see it already here, we have to open the curtain. The multi-dimensional liberation. And here you see now the multi-dimensional universe behind the screen and here as well. And that is multi-dimensional spectroscopy which can be of great value. I mean having just instead of a 1-dimensional spectrum, have a 2-dimensional spectrum, that’s the 1-dimensional spectrum along the diagonal. We have the cross peaks here. And they contain now connectivity information in molecules. So you can determine what Kurt Wüthrich was talking about before to determine molecular structures. For example a 2-dimensional spectrum like this you can take now really the correlation information out. And that, when he heard about it: “Hey, that’s not only a cute experiment, this is useful in our hands. So let’s do it together.” And that’s where we started our collaboration. And trying to measure here distances through space, distances through chemical bonds. And he determined then the structures from this information. You can do it in 3 dimensions. You can get the 3-dimensional spectrum for example by applying 3 pulses having 3 time variables doing 3-dimensional Fourier transformation to get the 3-dimensional spectrum like here recorded in my group some time ago. But the pulse sequence has become very complicated. I mean this looks like the score of a symphony orchestra, everything playing together and getting harmonious result out. Ok, that’s NMR in chemistry. But you know, NMR is also very important in clinical medicine. You put here your friend into the magnet and see whether there is something inside. And it’s really revealing information which can come out by doing MRI, magnetic resonance imaging. And I mean the experiment is very similar to what I was describing about. You apply a magnetic field gradient which is important along one axis. Then you apply it along a second axis. You do a 2-dimensional Fourier transform of these oscillations here in 2 dimensions and you get a 2-dimensional display. For example here part of my brain. Unfortunately it’s not a good image. Not good because it tells you unpleasant truth. Namely what you see here, this is my problem, that’s my stenosis. And the doctor in charge who saw this image first he said: “Oh, Professor Ernst, don’t care so much. You will have a very easy death. The world will just disappear in front of your eyes and then you will be alone for the rest.” So I am still waiting for that. It didn’t happen yet but it could happen any second. So that’s one problem. Nobody did anything about it so it’s still present. This is another problem which I had a little bit before in 2010. You see my 2 legs here. MRI images angiography, you see beautiful blood flow here from the top to the foot down here. But there is no blood flow at all in the left leg. And the left foot was white, it was painful, I couldn’t walk anymore. And they said: “That’s not good. We have to do some surgery. We have to do a bypass surgery here in your leg here, get in a new artery from here to down there.” And then I can dance again. And everything works fine. Applause. So, MRI didn’t heal but I mean it indicated what has to be done. So it was very useful. And functional imaging, I mean if your brain doesn’t work properly anymore, do functional imaging. You can image everything, whatever you want. The NMR is limitless. So, unlimited possibilities for conceiving novel and useful experiments in multiple dimensions. Ok let’s go back in time a little bit. I mean in 1968 we returned from California to Switzerland. So, we had 2 American girls in our family at that time, we sent out children back by airmail to Switzerland and we went via Asia. And it was really an experience. First time in Asia and we went... So here we discovered more dimensions. More dimensions... So it really became multidimensional our life. We went to Kathmandu. It was a medieval city at that time, bare feet people on the street, rainy at that particular day. The market here of Kathmandu. And here on this market they sold paintings, this kind of painting. And that’s a Tibetan painting. The refugees bringing these paintings over Himalaya to Nepal and they had to survive so they wanted to make money out of them and we bought exactly this painting here. This is a Thangka painting. We didn’t understand anything at that time but it was colourful, beautiful. And you know colours, pigments, these are chemicals. So, I mean chemistry is coming in here also through the beauty. And we have here actually 4 Arhats, disciples of Buddha, and they spread the message in the different parts of India here. This one here in northern India and in Pakistan, Islamabad, Punjab. This near Mumbai. This one here in the triangle between Yamuna and the Ganges rivers. And the last one he went to the island. So, I mean that was displayed here. We found that out later on this Thangka which we took home. So I had now my 2 sided fascination. On the one side NMR, 2-dimensional structures, colourful structures coming out and the colourful Tibetan art. And if you look now at my brain here, that’s my head here, it looks reasonable but you see here the frontal lobe. That was science. And if you look at the part back here, the parietal lobe, you find Tibetan art here. So, I mean these were on 2 parts of my brain. And they sure are overlapping. They belong together. And there are contacts. And I will tell you a little bit about these contact just in a second. So, we have now this paintings, we took that whole painting home. We were proud to have a beautiful Tibetan painting. We became collectors. This is just the first painting which we had. We have now 100s of this kind of paintings at home. We’re living in a Tibetan temple now so to say in Winterthur. Not far from here if you go across the lake, you are just already there. Anyway, it’s not only the fascination for Tibet art which came out of this painting. Also I became interested in cultural history of central Asia. It’s very complicated but very fascinating. I learned about painting technology and conservation, restoration in order to keep my paintings in good shape. I had to learn something about Buddhist philosophy for a basic understanding. And finally we wanted to give the Tibetans something back. So we started a series of courses in south India where we teach Tibetan monks western science to have a 2 way exchange of spirituality going from the East to the West and science going from the West to the East. So I started now to become a little bit more interested in the details of Tibetan history and art. You see here that in the development of Tibetan art history there are these different schools, Buddhist schools here which are colour coded here. I don’t want to go into the details. But from these different schools these paintings were originating. And I just show you now a set of paintings. And we look a little bit inside and we see, experience here multidimensionality in a different way, in a Tibetan way. We have here for example a Mandala painting from 1580, it’s hanging in our house just across the lake. And it’s a beautiful painting. But it has structures. It has structures here. It’s like a quasicrystal and you can look inside and you can make many discoveries. For example here you see this colour coding. We have the red quarter and the yellow quarter and the white one and the blue one. You see that’s the blue one, that’s the white one, that’s a yellow one, that’s a red one. And we have a green centre. These are the 5 dimensions of Tibetan thinking. They have 5 spatial dimensions with the centre going so to say to heaven. And we have now different dimensions in that painting going from outside to the inside. I mean that’s so to say a pathway towards the centre, the centre of your brain, of your mind, spirituality, your beliefs, whatever. That you experience that going from outside now to the centre here. And what you find here is so to say a body/mind connection. I mean of course what we need first of all we need a body. That’s a body mandala here, this square. You have here the speech mandala. You need speech in order to express the thoughts. You need think mandala which makes the connections. And finally you arrive at the wisdom mandala and after all in the centre enlightenment. So these are the different coordinates here going from outside to inside. So you see there is a lot contained in this graphical description of reality. And in the centre we find Kalachakra, that’s the main deity of this particular mandala, and his companion here in a union. He represents a male element. Kalachraka and he is so to say the real represent, the wheel of time, the ever going wheel of time, the treadmill you are sitting in. And then his companion, his companion Vishvamata, and she is the all-mother. She is so to say the static element and he’s the dynamic element and they belong together. Anyway, you can go further to look at more detail. And you see then there are mandalas within the mandala. There are smaller mandalas with 30 deities here contained by... A goat and a dog here carried this mandala. So it’s an incredible complexity within this. And something like a fractal ordering. You can go deeper, deeper inside. You always discover a new world. And that makes it so fascinating to look at these paintings in detail. It’s something like a babushka principle. Smaller, smaller, smaller babies and you still discover a new one when you open the last one. This is a painting of the 8th Dalai Lama on the moment of his enthronement 1762. You see him here. You see his birth place over here. That’s where he was born. So his life history so to say is encoded in this painting. You see here the guests coming to this ceremony of his enthronement. You see Mongols here, you see Chinese here, you see Indians. It’s very fascinating to look at these paintings. And they are so rich. You see here another dimension, the dimension of our ever going on life, namely rebirth. You know the Buddhist believe in rebirth and the Yamantaka, he is the conqueror of death. So he is responsible for this bridge going into the next life. And he’s a very strong personality, has his 1,000 arms here carrying symbols here. He has his 8, 9 heads. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. And he represents Manjusri. And Manjusri is the deity of wisdom. So wisdom and strength belong together. And I mean in this way he’s a very nice symbol for a scientist. I mean a scientist who should also have this combination of wisdom, Manjusri, and strength to overcome all the difficulties of the experiments and so on. That’s a deity which I like a lot. Ok let’s look at another painting. That was done actually in this monastery here in Derge. You have here Lhasa, that’s Tibet here in between. And we have a monk coming from Ngor monastery to Derge monastery and then this painting which I show you has been done. That’s here. And it’s a fascinating aspect of this painting that there is a painter’s workshop. And you see it actually here. I will blow it up in a second. You see it here. That’s a painter’s workshop. And let’s blow it further up. Here we have 2 rooms. We have the master’s room and the student’s room. And they’re working on paintings. Let’s blow it further up. We have here the master painter. That’s Zhu-chen, we know exactly who he is. And that was done 1770, something like that. He died in 1774. And he is making now the sketch of a Thangka on this canvas here. A monk is just stabilising the canvas. Another monk is making the ink for making his drawing, a little monk holding the ink pot for the great master. We have a teacher and a student watching what the great master is doing. And who is this down here. That’s a good for nothing, he is enjoying his life and looking out into the world and sees the birds flying by and so on. And you always find this kind of charming details in these kind of paintings. Ok, here we have the student rooms and here they put in the pigments into the different areas of the painting according to the inscriptions by the master painter. The master painter... These are the pigments which can be chemically analysed. We are just coming to it in a second. And these are the symbols which the master painter used to indicate what sort of pigment has to be put where in the painting. So if you use minium orange, that’s la, this Tibetan symbol here for yellow, ser. So these are the symbols which we should find underneath the paint layers if you can look through the paint layers. And you can do that by infrared photography. So we take a normal camera, you have a camera like that at home. You buy just an infrared filter, put it in front of it and then you have an infrared camera and you take a photo of your Thangka painting or whatever. Then you can distinguish between the IR-transparent pigments and the non-transparent pigments. And the transparent pigments they allow you to look through, to peek through the paint layer and perhaps to find the symbols. So this is the characteristics of this infrared filter, stop and pass. And here we have a painting. It’s a slightly different one. But when we look now with infrared at this particular painting, that’s what we see. And you see now here these symbols. And these symbols they are standing here for the various colours which the master painter indicated and the students had to fill in. So we can really get behind the scene and see how these paintings have been done. For example we look at this mandala painting from before. And if you look at it through an infrared filter, that’s what was done by the master painter and the colours have been put in by the students. Another beautiful painting. It’s an old one, from 1280. And if we look at this painting here by an infrared filter, that’s what we see. That’s the normal display. That’s an infrared display and you see for example we have here black, black hair and we have these black Makara. But if you look at the infrared, then it’s black in the infrared, the hair. But these Makara here are bright. So there are different pigments. And we can analyse these pigments now in this way. We find here Azurite, the blue. We find Malachite, the green. We find Indigo which is the transparent blue, here and there and here as well. So in this way we can do a preliminary pigment analysis just by a filter. But the best way is to do Raman spectroscopy. And that’s what I am doing now. I have in my home in Winterthur at the side of the lake I have a Raman spectrometer in the basement. I am so to say married to my charming lady and I’m married also to the Raman spectrometer. And both are charming, both cause problems from time to time. But otherwise it’s an ideal combination I think. Anyway, Raman is a very simple technique. And you have a painting like that and you irradiate here with a laser beam. And then you get stray light out. And this stray light has now different colours, namely the basic laser frequency is modified by the vibrations of the molecules in the layer. So these are reflections of the pigments. And you can analyse the pigments by analysing here if these spectra is on the left or the right hand side. And you see here Raman spectra characterising the different blues. And I don’t have to go into the details but you see the various blues have completely different spectra and it’s immediately clear what sort of a blue you have in front of you. That’s my basement here. That’s where I spend my night hours here. And actually the painting which you saw before is now shown here. You can look through the glass here with the microscope, Raman microscope, and determine the pigments. And what we find for example in that particular painting, we see 2 different, completely different pigments for some Makara which was bright and the hair which was dark in the infrared display. And you see they are completely different spectra. So in this way you can identify these pigments now really completely. And it’s clear then what sort of pigments are involved. I am coming to a final example. And this is coming from this very charming, beautiful monastery here, Drigung monastery. It’s not too far from Lhasa, east of Lhasa. That’s the typical way of building monasteries growing onto the hill. You see it here from a different side. And in this monastery this painting has been done. And this is in our house now. It’s a very beautiful painting here with these 4 monks here and some smaller personalities here. It’s all very easy to understand. Namely what we have here, that’s a founder of the monastery, founder of Drigung monastery. And these 2 were his masters. And this here is the master of the masters. So it’s what they call a lineage, a lineage showing the dependency from earlier generations. And we have them here. We have... It starts with Adibuddha number 1. And then we have 2 Indian saints here, Tilopa and Naropa. We have then a Tibetan who took the information into Tibet, Atisa, number 4. We have the translator, Marpa who translated from the Sanskrit into the Tibetan. So all that you can learn from these paintings and it’s all logically arranged and if you can read this notation you get a lot of inside information. And finally we come here to Jigten Gonpo, that’s number 10 and he is the founder of the monastery. That’s so to say his dependency from the Buddha, Adibuddha Vajradhara, number 1. Anyway, you see these very beautiful faces of this. They are really very charming in these paintings. You see them here again and of course we wanted to know how old is this painting. And for this you can do carbon-14 dating. You know it has been discussed before this morning. So carbon 14 is created by radioactive, by cosmic protons coming onto the material and then generating carbon-14 from nitrogen-14 here, that’s the last step. And then, from then on it starts to decay. It’s a radioactive material, carbon 14. And from the decay rate or the decay efficiency you can determine the age of the material. And the half life time of carbon 14, it has already been said today, is 5,730 years. And this can be determined for example at the ETH in Zurich. You have here an accelerator mass spectrometer and by that you determine here this decay curves. And when you measure a certain intensity, you can go into here and determine the age of the material. And you find here that this painting comes from 1229 plus or minus 61 years. So you have a physical method to determine age. And then you can look at the pigments. I have the blue pigment here and you find this is indigo. The green pigment is actually a mixture of yellow and blue. Orpiment is yellow, indigo is the blue component giving the green. We have the yellow which is orpiment. We have cinnabar and orpiment mixed. You can get all these different pigments. And this can give you information from where possibly this painting is coming from. Because what you find when you look at this set of pigments here, these are not typical Tibetan pigments. These are Nepalese pigments. So most likely it was a Nepalese painter who went to Tibet and made this painting in Tibet. And if you compare now with a Nepalese painting, you find here exactly the same pigment. It’s a beautiful painting. It’s hung in our house. And when I have male visitors in our house I tell them: “Be careful, that’s a dangerous lady.” And whenever you get enchanted by a lady, first look at her backside. And then I turn the painting around. And you see Agni here and Agni is the deity of fire. So he will burn you to death when you come too near to this lady. So ok, expand your horizon, science and passion that’s what I wanted to tell you. And I’d just like very briefly to go through a set of slides here that others had similar experiences, you know Einstein with his beloved violin. You know Murray Gell-Mann is the famous physicist, a bird watcher. Except that he’s watching, looking in the wrong direction. The bird is sitting on his head. Or Richard Feynman drumming, drumming, drumming, drumming. Or Djerassi, a famous chemist who invented the pill, is a writer. Or Manfred Eigen, a chemist and pianist playing Mozart concertos. Or Ruzicka, he’s a collector at ETH. He’s dead by now. Or Roald Hoffmann, he’s a stage manager. He organises now these events at the Cornelia Street Café which you should visit whenever you go to New York. And then we have Leonardo Da Vinci, engineer, scientist and artist. He’s really a centipede, he has at least a 1,000 different passions. He combines so to say everything in his personality. So I mean what you find here also is that curiosity and creativity are essentially the common denominator of sciences and art. They belong together. And those who retain their childlike curiosity and creativity become either scientists or in the best case artists. So keep your eyes open. Discover the world, it’s beautiful and there is so much to be discovered. And with that I’d like to close my lecture. Applause.

Liebe Freunde, nachdem wir jetzt zweieinhalb Tage lang äußerst anregende Vorträge mit einer extrem großen Bandbreite gehört haben, zögere ich ein bisschen, Ihnen die erste Folie zu zeigen. Sie trägt den Titel: „Den Horizont erweitern.“ Müssen wir nicht eher unseren Blick stärker lenken, anstatt ihn noch mehr schweifen zu lassen und den Blickwinkel zu erweitern? Wir haben erfahren, dass selbst die theoretische Physik Teil der Chemie ist. Wir haben erfahren, dass auch die klinische Medizin Teil der Chemie ist. Jenseits der Chemie gibt es also nichts. Auf der nächsten Folie lesen wir, was Georg Christoph Lichtenberg vor dreihundert Jahren gesagt hat: Man muss also in der Tat seinen Horizont erweitern und über den Tellerrand der Chemie hinausblicken, sonst versteht man auch die Chemie nicht. Wir brauchen also noch etwas dazu. Wir brauchen dazu die Leidenschaft. Wir brauchen Leidenschaft als Ergänzung unserer Profession. Nur mit dieser Ergänzung wird unser Leben komplett. Ich hoffe, Sie sind nicht in diesem Hamsterrad gefangen. Sie werden Herrn Nobel niemals nahekommen, wenn Sie darin gefangen sind. Sie müssen irgendwie da herauskommen. Das sollte aber nicht die einzige Frage sein, die Sie sich täglich nach dem Aufwachen stellen: Dieses Hamsterrad, das Sie hier sehen, ist eine selbstzerstörerische, sinnlose Beschäftigung. Eine übermäßige bzw. von Konkurrenzkampf geprägte Arbeit, die wenig einbringt und zu nichts führt; hierauf hat schon (die englischsprachige) Wikipedia hingewiesen. Man sollte sich niemals zum Ziel setzen, einen Nobelpreis zu erhalten. Streichen Sie dieses Ziel, das sollte es in Ihrem Leben nicht geben. Es sollte eine unerwartete Überraschung in Ihre Leben bleiben. Es sollte einfach geschehen, wenn es geschehen muss. Denken Sie nicht immer nur an den Nobelpreis. Einstein hat einmal gesagt: „Wer blindlings der Masse nachläuft, kommt für gewöhnlich nicht weiter als die Masse. Wer allein unterwegs ist, wird sich wahrscheinlich an Orten wiederfinden, wo noch niemand gewesen ist.“ Sie müssen also Einzelgänger werden. Sie müssen diese Straße alleine gehen, Ihr Ziel finden und sich um den Rest nicht kümmern. Öffnen Sie Ihre Augen. Öffnen Sie Ihre Augen und nehmen Sie wahr, was um Sie herum ist. Dann können Sie sich inspirieren lassen. Inspiration kommt nicht aus dem Fachbereich; üblicherweise kommt sie von außen. Ich will Ihnen etwas über meinen Werdegang erzählen, wie mein Interesse an der Chemie geweckt wurde. Ich studierte an der ETH Zürich. Nachdem ich mein Studium beendet hatte, ging ich zu Professor Günthard und fragte ihn: Er machte sich daran, mich zu inspirieren; er flößte mir Campari und Cinzano ein. Als ich dann einen sitzen hatte, sagte er nur drei Buchstaben: Ich fragte ihn: „Wofür steht NMR?“ Er erklärte es mir in ganz einfachen Worten: Moleküle bestehen aus Atomen. Nehmen wir also ein Atom heraus. Wenn wir es aufblasen, finden wir im Zentrum des Atoms den Kern. Und das ist nicht einfach nur eine Kugel – diese Kugel hat magnetische Eigenschaften. Sie hat ein eingebautes magnetisches Moment und dreht sich um ihre eigene Achse. Das nennen wir den Kernspin.“ Jemand an der ETH hatte bereits herausgefunden, dass dieser Kern, wenn man ein Magnetfeld anlegt, mit der Frequenz Omega proportional zur Stärke des Magnetfelds präzediert. Es handelte sich um Edward Purcell in Boston und Felix Bloch an der ETH Zürich, der im selben Institut wie ich studiert hatte. Wie auch immer – Professor Günthard sagte: „Beschränken Sie sich nicht auf die Theorie, führen Sie immer Experimente durch. Kombinieren Sie Experimente mit der Theorie; nur dann macht man Erfindungen.“ Das ist es, was er durch diesen Tanz zum Ausdruck bringen wollte. Nehmen Sie zum Beispiel ein Alkoholmolekül. Hier stößt man auf drei verschiedene Wasserstoffe: die Methylgruppe, die Methylengruppe, den OH-Wasserstoff. Sie weisen unterschiedliche Magnetfelder auf, weshalb sie mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten präzedieren. Anhand dieser Geschwindigkeiten kann man das lokale Feld im Inneren des Moleküls messen. Auf diese Weise lässt sich das Molekül charakterisieren. Und der Professor sage: „Das könnte für die Chemie interessant sein.“ So bauten wir zusammen mit meinem Doktorvater Hans Primas ein NMR-Spektrometer. Wir bauten dieses nette kleine Instrument und erlebten eine herbe Enttäuschung. Es dauerte viel zu lange, eines dieser blöden NMR-Spektren aufzunehmen. Man musste tagelang warten; üblicherweise hatte das Spektrometer während der Wartezeit einen Aussetzer, und man musste wieder von vorne anfangen. Ich war jedenfalls sehr enttäuscht. Ich dachte mir, ich sollte dieses Fachgebiet verlassen, etwas Anständiges tun. Also verließ ich die ETH, die ETH gefiel mir nicht. Ich mochte die Schweiz nicht. Ich ging nach Kalifornien, ins gelobte Land der Wissenschaft. Hier, so dachte ich, könnte ich etwas erreichen. Doch was musste ich erfahren? Bei Varian Associates lernte ich Weston Anderson kennen, der sich mit genau dem gleichen Problem herumschlug wie ich selbst. Er sah aber nicht nur das Problem, er sah auch Lösungen. Und er sagte zu mir: „Wenn du es mit einem komplizierten Spektrum zu tun hast, versuche einfach, es parallel anzugehen. Baue einen Multikanal-Spektrometer. Ein Kanal, zweiter Kanal, dritter, vierter und so weiter. Und bringe alles zusammen. Auf diese Weise kannst du Zeit sparen. Du sorgst dafür, dass das Experiment viel empfindlicher wird. So macht man das.“ Er beschloss also, hier diesen rotierenden Zylinder zu bauen, den er seine Gebetsmühle nannte. Der Zylinder erzeugt all diese Frequenzen, die zur gleichzeitigen Anregung des ganzen Spektrums erforderlich sind. Er hat nie richtig funktioniert; heute können Sie ihn im Smithsonian Museum in Washington bewundern. Wenn Sie ihn sehen wollen. Er hat aber kein einziges NMR-Spektrum aufgenommen. Zum Glück hatte er in seiner Forschungsgruppe einen Schweizer Sklaven. Zusammen mit seinem Schweizer Sklaven machte er eine Erfindung. Dieser Schweizer Sklave... seine Leidenschaft gehörte zu jener Zeit der Musik. Und er wusste, dass in der Musik... mehrere Stimmen zusammen, eine Gruppe von Menschen, ein Orchester, das zusammenspielt, alles läuft gleichzeitig ab. Das ist von großer Bedeutung. Man hat also... es ist, als würde man mit dieser Stange auf die Tastatur drücken, alle Tasten gleichzeitig; das erzeugt Überlagerungen verschiedener Frequenzen. Und man muss musikalisch sein, sonst kann man das Spektrum nicht analysieren, die verschiedenen Spektrallinien oder die verschiedenen Klänge nicht erkennen. Achtundachtzig Tasten auf einmal. Das erfordert ein musikalisches Gehör, sonst kann man keine Analyse durchführen. Was macht man aber, wenn man nicht musikalisch ist? Man kauft einen Computer. Man kauft sich einen Computer, führt eine mathematische Fourier-Transformation durch – und schon hat man sein Spektrum. Das war die Geburtsstunde der Fourier-Transform-NMR. Starker Impuls, Zerfall, Fourier-Transformation; in null Komma nichts hat man das Spektrum. Das war die Lösung. Jetzt erhält man diese Spektren von Biomolekülen in vertretbarer Zeit, und die Methode wird praktisch anwendbar. Man kann hier dieses Protein identifizieren und so weiter. Zum ersten Mal begann ich, an die Wissenschaft zu glauben. Ich begann, an NMR zu glauben. Hier sehen Sie den Baum der Erkenntnis. Jetzt hat man endlich eine Leiter – eine Leiter, mit der man auf den Baum klettern und wohlbehalten wieder zurückkehren kann. Man klettert hinauf zur klinischen Medizin und hinab zur grundlegenden Physik. Alles wird miteinander verbunden. Die Wissenschaft zog mich in ihren Bann. Ich bekomme meinen Finger gar nicht mehr aus dem Mund dieses Schädels; er hält mich für immer gefangen. So fesselnd kann die Wissenschaft sein. Und ich hoffe, sie wird mit Ihnen das Gleiche anstellen. Das war das kleine Spielzeug, mit dem ich zu jener Zeit spielte. Doch dann kam Herbert Marcuse, sie wissen schon – er sprach über den eindimensionalen Menschen. Darüber, wie langweilig eindimensionale Menschen sein können. Hier schreibt er: und ihren Lieferanten von Masseninformationen systematisch gefördert. Ihr sprachliches Universum ist voller Hypothesen, die sich selbst bestätigen und die, unaufhörlich und monopolistisch wiederholt, zu hypnotischen Definitionen oder Diktaten werden.“ Nur ein Deutscher ist zu so einer schrecklichen Sprache fähig, vielleicht auch ein Schweizer. Es ist sehr schwer zu verstehen, was er meint. Doch wenn man lange genug darüber nachdenkt, wird es klar. Er hat etwas gegen den eindimensionalen Menschen. Meine Vision waren multidimensionale Ansätze. Hier sehen Sie es schon, wir müssen den Vorhang öffnen. Die multidimensionale Befreiung. Hier auf dem Bildschirm sehen Sie das multidimensionale Universum. Hier auch. Das ist die multidimensionale Spektroskopie, die von großem Wert sein kann. Wenn man anstelle eines eindimensionalen Spektrums ein zweidimensionales hat Sie enthalten Konnektivitätsinformationen in Molekülen. So können Sie herausfinden, was Kurt Wüthrich vorhin meinte, als er über die Bestimmung molekularer Strukturen sprach. Einem zweidimensionalen Spektrum wie diesem zum Beispiel kann man jetzt tatsächlich die Korrelationsinformationen entnehmen. Als er davon hörte, sagte er: „Hey, das nicht nur ein nettes Experiment, das ist in unseren Händen nützlich. Machen wir es also zusammen.“ Damit begann unsere Zusammenarbeit. Wir versuchten, Entfernungen durch den Raum zu messen, Entfernungen durch chemische Verbindungen. Und er bestimmte anhand dieser Daten die Strukturen. Man kann es in drei Dimensionen durchführen. Das dreidimensionale Spektrum erhält man zum Beispiel, indem man drei Impulse anlegt und mit drei Zeitvariablen eine dreidimensionale Fourier-Transformation durchführt, um ein dreidimensionales Spektrum wie dieses zu erhalten, das in meiner Gruppe vor einiger Zeit aufgenommen wurde. Doch die Impulsfolge wurde sehr kompliziert. Das sieht wie die Partitur für ein Symphonieorchester aus; alles spielt zusammen, und heraus kommt ein harmonisches Resultat. Das ist NMR in der Chemie. Doch die NMR ist auch in der klinischen Medizin von großer Bedeutung. Sie legen hier Ihren Freund in den Magneten und stellen fest, ob etwas darin ist. Und das sind wirklich aufschlussreiche Informationen, die durch MRT, die Magnetresonanztomographie, sichtbar werden. Das Experiment ist dem, was ich beschrieben habe, sehr ähnlich. Man legt entlang einer Achse einen Magnetfeldgradienten an; das ist sehr wichtig. Dann legt man ihn an einer zweiten Achse an. Man führt eine zweidimensionale Fourier-Transformation dieser Oszillationen in zwei Dimensionen durch und erhält eine zweidimensionale Abbildung. Hier ist zum Beispiel mein Gehirn. Leider ist das kein schönes Bild. Nicht schön deshalb, weil es Ihnen die unangenehme Wahrheit verrät. Hier sehen Sie nämlich mein Problem, meine Stenose. Der verantwortliche Arzt, der dieses Bild als Erster sah, sagte: Sie werden einen sehr leichten Tod haben. Die Welt wird vor Ihren Augen verschwinden, und dann werden Sie allein sein.“ Darauf warte ich immer noch. Es ist noch nicht passiert, aber es könnte jeden Moment passieren. Das ist also ein Problem. Niemand hat es gelöst; es ist immer noch da. Hier ist ein anderes Problem, das ich vor einiger Zeit hatte, im Jahr 2010. Sie sehen hier meine zwei Beine. MRT-Bilder, Angiographie; hier sehen Sie einen schönen Blutfluss von oben bis hinunter in den Fuß. Aber hier, das linke Bein, ist überhaupt nicht durchblutet. Der linke Fuß war ganz weiß, er schmerzte, ich konnte nicht mehr gehen. Und die Ärzte sagten: „Das ist nicht gut. Wir müssen einen kleinen Eingriff vornehmen. Wir müssen hier in Ihrem Bein eine Bypass-Operation durchführen und von hier bis dort unten eine neue Arterie legen.“ Und jetzt kann ich wieder tanzen. Alles funktioniert wunderbar. Beifall. Die MRT hat mich nicht geheilt; sie hat aber gezeigt, was zu tun war. Sie war also sehr nützlich. Und funktionelle Bildgebung – wenn Ihr Gehirn nicht mehr richtig funktioniert, ist es Zeit für die funktionelle Bildgebung. Sie können alles darstellen, was immer Sie wollen. Die NMR kennt keine Grenzen. Unbegrenzte Möglichkeiten also für die Konzeption neuer und nützlicher Experimente in vielen Dimensionen. Begeben wir uns wieder in die Vergangenheit. Im Jahr 1968 kehrten wir von Kalifornien in die Schweiz zurück. Zu jener Zeit hatten wir zwei amerikanische Mädchen in unserer Familie. Unsere Kinder sandten wir per Luftpost in die Schweiz; wir nahmen den Weg über Asien. Das war wirklich ein Erlebnis. Zum ersten Mal in Asien, und wir gingen... hier entdeckten wir noch mehr Dimensionen. Mehr Dimensionen... unser Leben wurde in der Tat multidimensional. Wir kamen nach Katmandu. Das war zu jener Zeit eine mittelalterliche Stadt, Menschen barfuß auf der Straße, an diesem Tag hat es geregnet. Hier der Markt von Katmandu. Auf diesem Markt wurden Bilder verkauft, diese Art von Bildern. Das ist ein tibetisches Gemälde. Die Flüchtlinge brachten diese Gemälde über den Himalaya nach Nepal. Um zu überleben, machten sie die Bilder zu Geld, und wir kauften genau dieses Gemälde. Es handelt sich um ein Thangka-Gemälde. Zu jener Zeit verstanden wir nichts davon, aber es war farbenprächtig und schön. Und Sie wissen ja: Farben, Pigmente, das sind Chemikalien. Die Chemie hat also auch in der Schönheit ihren Platz. Was Sie hier sehen, sind vier Arhats, Schüler Buddhas; sie verbreiten die Lehre in den verschiedenen Teilen von Indien. Dieser hier in Nordindien und in Pakistan, Islamabad, Punjab. Dieser im Gebiet von Mumbai. Der hier im Dreieck zwischen den Flüssen Yamuna und Ganges. Und der letzte ging auf die Insel. Das ist es, was hier dargestellt ist. Das haben wir auf diesem Thangka, das wir mit nach Hause nahmen, später herausgefunden. Jetzt gab es also zwei Dinge, die mich faszinierten: einerseits NMR, zweidimensionale Strukturen, die Herausbildung farbenprächtiger Strukturen; andererseits die farbenprächtige tibetische Kunst. Und wenn Sie sich mein Gehirn ansehen – das hier ist mein Kopf; er sieht ganz gut aus... hier sehen Sie den Frontallappen; das ist der Sitz der Wissenschaft. Und in dem Teil dort hinten, im Scheitellappen, dort finden Sie tibetische Kunst. Das sind die zwei Teile meines Gehirns. Natürlich überlappen sie sich; sie gehören zusammen. Und es gibt Kontakte. Ich werde Ihnen gleich etwas über diese Kontakte erzählen. Jetzt haben wir also dieses Gemälde; wir haben das ganze Gemälde mit nach Hause genommen. Wir waren stolze Besitzer eines wunderschönen tibetischen Gemäldes. Wir wurden zu Sammlern. Das ist nur das erste Gemälde unserer Sammlung. Mittlerweile beherbergt unser Zuhause Hunderte von Gemälden dieser Art. Wir leben jetzt sozusagen in einem tibetischen Tempel, in Winterthur. Das ist gar nicht weit von hier; wenn Sie den See überqueren, sind Sie schon fast da. Wie auch immer – dieses Gemälde entfachte nicht nur die Faszination für tibetische Kunst. Es weckte auch mein Interesse an der Kulturgeschichte Zentralasiens. Die ist sehr kompliziert, aber auch äußerst faszinierend. Ich lernte Einiges über die Maltechnik, außerdem über Konservierung und Restauration, um meine Bilder in gutem Zustand zu erhalten. Als Grundlagenwissen musste ich mir etwas buddhistische Philosophie aneignen. Und schließlich wollten wir den Tibetern etwas zurückgeben. Wir riefen in Südindien eine Kursreihe ins Leben; dort unterrichten wir tibetische Mönche in westlicher Wissenschaft. Der Austausch fließt jetzt in beide Richtungen: Spiritualität von Osten nach Westen und Wissenschaft von Westen nach Osten. Ich interessierte mich mehr und mehr für die Einzelheiten tibetischer Geschichte und Kunst. Wie Sie hier sehen, entwickelten sich im Verlauf der tibetischen Kunstgeschichte diese verschiedenen Schulen, buddhistische Schulen, die hier farblich gekennzeichnet sind. Ich gehe jetzt nicht auf die Einzelheiten ein, doch aus diesen verschiedenen Schulen stammen die Gemälde. Ich zeige Ihnen jetzt ein paar Gemälde. Wenn wir uns das ein bisschen näher ansehen, sehen wir... erfahren wir Multidimensionalität auf eine andere Art, auf tibetische Art. Hier haben wir zum Beispiel ein Mandala-Gemälde von 1580; es hängt in unserem Haus am anderen Ufer des Sees. Das ist ein schönes Bild. Aber es weist Strukturen auf. Hier zeigt es Strukturen. Es ist wie ein Quasikristall – man kann hineinsehen und viele Entdeckungen machen. Hier sehen Sie zum Beispiel diese farblichen Kennzeichnungen. Wir haben das rote Viertel und das gelbe Viertel; das weiße und das blaue. Sehen Sie – das ist das blaue, das ist das weiße, hier das gelbe und dort das rote. Und es gibt ein grünes Zentrum. Das sind die fünf Dimensionen des tibetischen Denkens. Sie haben fünf räumliche Dimensionen, und das Zentrum führt sozusagen in den Himmel. Wenn wir in diesem Gemälde von außen nach innen gehen, finden wir verschiedene Dimensionen vor. Es handelt sich sozusagen um einen Pfad zum Zentrum, zum Zentrum des Gehirns, des Geistes, der Spiritualität, des Glaubens, was auch immer. Das erlebt man, wenn man von außen ins Zentrum vordringt. Was man hier findet, ist gewissermaßen eine Körper-Seele-Verbindung. Natürlich brauchen wir alle zuerst einmal einen Körper. Das hier ist ein Körper-Mandala, dieses Quadrat. Hier haben wir das Sprach-Mandala; man benötigt Sprache, um seine Gedanken ausdrücken zu können. Man braucht ein Gedanken-Mandala, das die Verbindungen herstellt. Schließlich erreichen Sie das Weisheits-Mandala, und zum Schluss, im Zentrum, die Erleuchtung. Das sind, von außen nach innen, die verschiedenen Koordinaten. Sie sehen also, diese grafische Darstellung der Realität hat viel zu bieten. Im Zentrum stoßen wir auf Kalachakra, die Hauptgottheit dieses Mandalas, und auf seine Gefährtin. Sie bilden eine Einheit. Er repräsentiert das männliche Element, Kalachakra; er repräsentiert gewissermaßen das Rad der Zeit, das sich unermüdlich drehende Rad der Zeit, das Hamsterrad, in dem man sich befindet. Seine Gefährtin Vishvamata ist die Allmutter. Sie ist sozusagen das statische Element. Er ist das dynamische Element, und sie gehören zusammen. Man kann sich das noch genauer ansehen; dann sieht man Mandalas im Mandala. Hier gibt es kleinere Mandalas mit dreißig Gottheiten... diese Mandalas werden von einer Ziege und von einem Hund getragen. Die Komplexität in diesem Gemälde ist unglaublich. So etwas wie eine fraktale Anordnung. Man noch tiefer gehen, tiefer ins Innere vordringen. Stets entdeckt man eine neue Welt. Das macht es so faszinierend, sich diese Gemälde genau anzusehen. Es ähnelt dem Babuschka-Prinzip – immer kleinere und kleinere und kleinere Babys, und wenn man das letzte öffnet, findet man wieder ein neues. Dieses Gemälde stellt den achten Dalai Lama im Augenblick seiner Inthronisierung im Jahr 1762 dar. Sie sehen ihn hier. Dort können Sie seinen Geburtsort sehen; hier wurde er geboren. Seine Lebensgeschichte ist also gewissermaßen in diesem Gemälde verschlüsselt. Hier sind die Gäste, die zur Feier seiner Inthronisierung kommen. Dort sehen Sie Mongolen, hier sind Chinesen, Sie sehen Sie Inder. Es ist wirklich faszinierend, sich diese Gemälde anzusehen. Sie sind äußerst reichhaltig. Hier sehen Sie eine andere Dimension, die Dimension Ihres immer weitergehenden Lebens, nämlich der Wiedergeburt. Wie Sie wissen, glauben die Buddhisten an die Wiedergeburt und an den Yamantaka, das ist der Bezwinger des Todes. Er ist zuständig für die Brücke, die ins nächste Leben führt. Und er ist eine sehr starke Persönlichkeit, er hat tausend Arme, in denen er Symbole trägt. Er hat acht... neun Köpfe – eins, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht neun. Acht dieser Köpfe sind furchteinflößend. Nur einer ist friedfertig, nämlich dieser dort oben. Er repräsentiert Manjusri. Manjusri ist die Gottheit der Weisheit. Weisheit und Stärke gehören also zusammen. So gesehen, ist er ein sehr schönes Symbol für einen Wissenschaftler, wie ich finde. Ich meine – auch ein Wissenschaftler sollte über diese Kombination aus Weisheit, Manjusri, und Stärke verfügen, um all die Mühsal der Experimente zu überwinden. Das ist eine Gottheit, die mir sehr gut gefällt. Sehen wir uns noch ein Bild an. Es ist in diesem Kloster entstanden, in Derge. Hier sehen Sie Lhasa, das dazwischen ist Tibet. Ein Mönch kommt vom Ngor-Kloster ins Derge-Kloster, und dann entstand dieses Gemälde, das ich Ihnen zeige. Das ist hier. Ein faszinierender Aspekt dieses Gemäldes besteht darin, dass es eine Malerwerkstatt zeigt. Sie können sie hier sehen; ich werde sie gleich vergrößern. Hier sehen Sie sie. Das ist eine Malerwerkstatt. Vergrößern wir es noch stärker. Hier haben wir zwei Räume. Wir haben den Raum der Meister und den Raum der Schüler. Sie arbeiten an Gemälden. Vergrößern wir es noch stärker. Das ist der Meistermaler. Es handelt sich um Zhu-chen, wir wissen genau, wer er ist. Das Gemälde entstand 1770, ungefähr um diese Zeit. Er starb 1774. Hier erstellt er gerade auf dieser Leinwand die Umrisszeichnung eines Thangkas. Ein Mönch hält die Leinwand fest. Ein anderer Mönch macht die Tinte für die Zeichnung, ein kleiner Mönch hält das Tintenfass für den großen Meister. Wir sehen einen Lehrer und einen Schüler, sie beobachten, was der Meister tut. Und wer ist das da unten? Das ist ein Taugenichts; er genießt sein Leben, sieht in die Welt hinaus, sieht die Vögel vorbeifliegen, und so weiter. In Gemälden dieser Art findet man immer diese bezaubernden Details. Nun gut. Hier haben wir den Raum der Schüler; sie tragen die Pigmente nach den Beschriftungen des Meistermalers in den verschiedenen Bereichen des Gemäldes auf. Der Meistermaler... Das sind die Pigmente, die sich chemisch analysieren lassen. Dazu kommen wir gleich. Das sind die Symbole, anhand derer der Meistermaler anzeigte, welche Art von Pigmenten an welcher Stelle des Gemäldes aufzutragen ist. Für Minium-orange steht das tibetanische Symbol „la“, für gelb das Symbol „ser.“ Das sind die Symbole, die unter den Farbschichten zu finden sein sollten, wenn man durch die Farbschichten hindurchsehen kann. Und das gelingt mit Infrarotfotografie. Man nimmt eine normale Kamera; eine Kamera wie die hier hat man zu Hause. Man kauft einen Infrarotfilter, setzt ihn vor das Objektiv, und schon hat man eine Infrarotkamera, mit der man das Thangka-Gemäldes oder was auch immer fotografieren kann. Man unterscheidet IR-transparente Pigmenten und intransparente Pigmente. Die transparenten Pigmente erlauben uns, durch die Farbschicht zu spähen und vielleicht die Symbole zu finden. Das ist die Eigenschaft des Infrarotfilters: blockieren und durchlassen. Hier haben wir ein Gemälde, ein anderes. Wenn wir dieses bestimmte Gemälde mit Infrarot betrachten, dann sehen wir das. Und jetzt sind hier diese Symbole erkennbar. Diese Symbole stehen für die verschiedenen Farben. Der Meistermaler hat sie vorgezeichnet und die Schüler hatten sie aufzutragen. Wir können also tatsächlich einen Blick hinter die Kulissen werfen und sehen, wie diese Gemälde entstanden sind. Sehen wir uns zum Beispiel dieses Mandala-Gemälde von vorhin an. Wenn man es durch einen Infrarotfilter betrachtet – das hat der Meistermaler gemacht, und die Farben wurden von den Schülern aufgetragen. Noch ein wunderschönes Gemälde. Ein altes, von 1280. Wenn wir dieses Gemälde durch einen Infrarotfilter betrachten, dann sehen wir das. Das ist die normale Darstellung, das ist eine Infrarot-Darstellung. Zum Beispiel sehen Sie – hier haben wir Schwarz, schwarze Haare, und wir haben diese schwarzen Makaras. Doch wenn man das Infrarotbild ansieht, dann sind zwar die Haare immer noch schwarz, aber die Makaras sind hell. Es handelt sich also um verschiedene Pigmente. Wir können die Pigmente nun auf diese Weise analysieren. Hier finden wir Azurit, blau. Wir finden Malachit, grün. Wir finden Indigo, das transparente Blau, hier und dort, hier ebenfalls. Auf diese Weise können wir also allein anhand eines Filters eine vorläufige Pigmentanalyse durchführen. Doch am besten geht es mit Raman-Spektroskopie. Und das mache ich gerade. Im Keller meines Hauses in Winterthur, am Ufer des Sees, habe ich ein Raman-Spektrometer. Ich bin sozusagen mit meiner bezaubernden Frau und mit dem Raman-Spektrometer verheiratet. Beide sind bezaubernd, beide bereiten manchmal Probleme. Doch ansonsten ist es eine ideale Kombination, glaube ich. Wie auch immer, Raman ist eine sehr einfache Technik. Man hat ein Gemälde wie das und richtet hier einen Laserstrahl darauf. Dann wird Streulicht abgestrahlt. Dieses Streulicht hat verschiedene Farben; die Grundfrequenz des Lasers wird durch die Vibrationen der Moleküle in der Farbschicht modifiziert. Das sind Reflexionen der Pigmente. Man kann die Pigmente analysieren, indem man feststellt, ob sich diese Spektren auf der linken oder auf der rechten Seite befinden. Hier sehen Sie Raman-Spektren, die für die verschiedenen Blautöne stehen. Ich muss nicht im Einzelnen darauf eingehen, aber wie Sie sehen, haben die verschiedenen Blautöne ganz verschiedene Spektren. Es ist sofort klar, welche Art von Blau man vor sich hat. Das ist mein Keller; hier verbringe ich meine Nächte. Das Gemälde, das ich Ihnen vorhin gezeigt habe, ist jetzt hier zu sehen. Man kann mit dem Mikroskop, dem Raman-Mikroskop, durch das Glas sehen und die Pigmente bestimmen. Und was finden wir zum Beispiel in diesem bestimmten Gemälde? Wir sehen zwei verschiedene, zwei völlig verschiedene Pigmente – eines für einen Makara, der in der Infrarotdarstellung hell war, und eines für das Haar, das schwarz war. Wie Sie sehen, sind das zwei völlig verschiedene Spektren. Auf diese Weise kann man die Pigmente mittlerweile vollständig identifizieren. Dann weiß man, mit welcher Art von Pigmenten man es zu tun hat. Ich komme zu einem abschließenden Beispiel. Es ist aus diesem überaus bezaubernden, schönen Kloster, dem Drigung-Kloster. Es liegt nicht weit von Lhasa entfernt, östlich von Lhasa. Das ist die typische Art, Klöster zu bauen; es wächst den Hügel hinauf. Hier sehen Sie es von einer anderen Seite. Und in diesem Kloster entstand dieses Gemälde. Das ist jetzt auch in unserem Haus. Es ist ein sehr schönes Bild, mit diesen vier Mönchen und einigen kleiner dargestellten Persönlichkeiten. Es ist alles sehr leicht zu verstehen. Hier haben wir einen Gründer des Klosters, den Gründer des Drigung-Klosters. Diese beiden waren seine Meister. Und das da ist der Meister der Meister. Es ist das, was man eine Abstammungslinie nennt, eine Linie, mit der die Abstammung von früheren Generationen dargestellt wird. Hier haben wir sie. Wir haben... Es beginnt mit Adibuddha, Nummer 1. Dann haben wir hier zwei indische Heilige, Tilopa und Naropa. Dann haben wir einen Tibeter, der die Lehre nach Tibet brachte – Atisa, Nummer 4. Wir haben den Übersetzer Marpa, der aus dem Sanskrit ins Tibetische übersetzt hat. All das kann man aus diesen Bildern lesen. Es ist alles logisch angeordnet, und wenn man die Darstellungsart versteht, erhält man Zugang zu vielen verborgenen Informationen. Schließlich kommen wir zu Jigten Gonpo, das ist die Nummer 10, der Gründer des Klosters. Das ist sozusagen seine Abstammung von Buddha, Adibuddha Vajradhara, Nummer 1. Wie auch immer – sehen Sie nur, wie schön diese Gesichter sind. In diesen Gemälden sind sie wirklich sehr bezaubernd. Hier sehen Sie sie noch einmal, und natürlich wollten wir wissen, wie alt dieses Gemälde ist. Hierfür kann man auf die Kohlenstoff-14-Datierung zurückgreifen. Die wurde heute Vormittag schon erörtert, wie Sie wissen. Kohlenstoff-14 wird von radioaktiven, von kosmischen Protonen erzeugt, die auf das Material gelangen und Kohlenstoff-14 aus Stickstoff-14 erzeugen; das ist der letzte Schritt. Und dann, ab diesem Zeitpunkt, beginnt es zu zerfallen. Es handelt sich um radioaktives Material, Kohlenstoff-14. Anhand der Zerfallsrate bzw. der Zerfallseffizienz kann man das Alter des Materials bestimmen. Die Halbwertszeit von Kohlenstoff-14, das wurde heute schon erwähnt, beträgt 5.730 Jahre. Das lässt sich zum Beispiel an der ETH in Zürich bestimmen. Mit diesem Massenbeschleunigungsspektrometer hier bestimmt man die Zerfallskurven. Wenn man eine bestimmte Intensität misst, kann man hier nachsehen und das Alter des Materials bestimmen. Und man stellt fest, dass dieses Gemälde aus dem Jahr 1229 stammt, plus/minus 61 Jahre. Es gibt also eine physikalische Methode der Altersbestimmung. Dann kann man die Pigmente untersuchen. Hier habe ich ein blaues Pigment, und man stellt fest, dass es Indigo ist. Das grüne Pigment ist in Wirklichkeit eine Mischung aus gelb und blau. Auripigment ist die gelbe Komponente, Indigo die blaue, zusammen ergeben sie das grüne. Wir haben das gelbe, Auripigment. Wir haben eine Mischung aus Zinnoberrot und Auripigment. Man stößt auf all diese verschiedenen Pigmente. Daraus kann man schließen, woher dieses Gemälde möglicherweise kommt. Denn wenn man hier diese Gruppe von Pigmenten untersucht, dann stellt man fest, dass es keine typisch tibetischen Pigmente sind. Das sind nepalesische Pigmente. Höchstwahrscheinlich haben wir es mit eine nepalesischen Maler zu tun, der nach Tibet gegangen ist und in Tibet dieses Bild gemalt hat. Wenn man es jetzt mit einem nepalesischen Gemälde vergleicht, findet man hier genau die gleichen Pigmente. Das ist ein schönes Bild. Es hängt in unserem Haus. Wenn wir männliche Gäste im Haus haben, dann sage ich zu ihnen: „Vorsicht, das ist eine gefährliche Lady. Wenn Sie von einer Dame verzaubert werden, sehen Sie sich zuerst ihre Rückseite an.“ Dann drehe ich das Bild um, und zum Vorschein kommt Agni. Agni ist die Gottheit des Feuers. Er wird Sie verbrennen, wenn Sie seiner Dame zu nahe kommen. Nun gut. Erweitern Sie Ihren Horizont, Wissenschaft und Leidenschaft, das wollte ich Ihnen nahebringen. Ich will nur noch kurz ein paar Folien durchgehen und zeigen, dass andere ähnliche Erfahrungen machten. Einstein mit seiner geliebten Geige. Murray Gell-Mann, der berühmte Physiker, ist ein Vogelbeobachter. Nur dass er in die falsche Richtung schaut – der Vogel sitzt auf seinem Kopf. Oder Richard Feynman, er trommelt, trommelt, trommelt, trommelt. Oder Djerassi, ein berühmter Chemiker, der die Pille erfand; er ist Schriftsteller. Manfred Eigen, ein Chemiker und Pianist, spielt Mozart-Konzerte. Oder Ruzicka, er ist ein Sammler an der ETH; mittlerweile ist er verstorben. Roald Hoffmann ist Inspizient. Er organisiert jetzt diese Veranstaltungen im Cornelia Street Café, das Sie besuchen sollten, wenn sie einmal nach New York kommen. Und dann haben wir Leonardo da Vinci, Ingenieur, Wissenschaftler und Künstler. Er ist buchstäblich ein Tausendfüßler, mit mindestens tausend verschiedenen Leidenschaften. Er vereint sozusagen alles in seiner Person. Hieran können Sie erkennen, dass Neugier und Kreativität im Grunde den gemeinsamen Nenner von Wissenschaft und Kunst bilden. Sie gehören zusammen. Wer sich seine kindliche Neugier und seine Kreativität bewahrt, wird entweder Wissenschaftler oder – im besten Fall – Künstler. Halten Sie also Ihre Augen offen. Entdecken Sie die Welt, sie ist wunderschön und es gibt viel zu entdecken. Damit möchte ich meinen Vortrag schließen. Beifall.


Some observers might think that fierce scientific competition borders on a rat race. According to Wikipedia: "A rat race is an endless, self-defeating, or pointless pursuit. It conjures up the image of the futile efforts of a lab rat trying to escape while running around a maze or in a wheel." Surely, this analogy gives a strongly distorted view of research. Nevertheless, we scientists and science teachers must ensure that not the slightest pretence of a rat race remains in the image of competitive science. In other words, all human values that are associated with curiosity, wisdom, and creativity shall be preserved and enhanced by research. One of the best means is to encourage the development of passions in fields as remote to the research subject as ever conceivable. Such projects help to balance one's own endeavours and prevent one-sidedness.

In my personal case it is nuclear magnetic resonance with its fascinating applications in chemistry, biology, and medicine, contrasted to the mysterious world of Tibetan Buddhist painting art that establishes the necessary balance and provides revealing insights into philosophy, psychology, and religion expressed by the beauty of superb artworks. In both fields, symbolic and metaphoric languages have been developed to describe features that are difficult to express in mathematical formulae or in words.

It was a surprise to me that science is useful, after all, also for the analysis of artworks, to understand their historical context, for example by the analysis of the chemical pigments used for painting by methods such as Raman spectroscopy. Pigments contain rich information on painting history and also on the geographical provenience of paintings. It is gratifying to experience how the two ends of the thread match; indeed science and art have much in common.

R.R.Ernst, "In situ Raman microscopy applied to large Central Asian paintings", J. Raman Spectrosc. 2010, 41, 275-287.

R.R.Ernst, "A chemist remains a chemist", Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2013, 52, 61-67.